DE102014209454A1

DE102014209454A1 - Measuring device and method for self-discharge current measurement

Info

Publication number: DE102014209454A1
Application number: DE102014209454.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Friedrich; Bernhard Springer; Stefan Butzmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung (1) zum Messen eines Selbstentladungsstroms einer oder mehrerer zusammengeschalteter Batteriezellen (10–15) umfassend eine Stromquelle (22), die zur Lieferung von Ladestrom (A) an die Batteriezelle(n) (10–15) über eine elektrische Verbindung (11) mit der oder den Batteriezelle(n) (10–15) parallelgeschaltet ist, wobei in der Verbindung (11) eine Strommesseinrichtung (21, 23, 25, 26) angeordnet ist, mit der der Ladestrom (A) messbar ist, sodass aus dem gemessenen Ladestrom (A) der Selbstentladungsstrom ableitbar ist.The present invention relates to a measuring device (1) for measuring a self-discharge current of one or more interconnected battery cells (10-15) comprising a current source (22) for supplying charging current (A) to the battery cell (s) (10-15) via an electrical connection (11) is connected in parallel with the battery cell (s) (10-15), in which connection (11) a current measuring device (21, 23, 25, 26) is arranged, with which the charging current (A) is measurable, so that from the measured charging current (A) of the self-discharge current can be derived.

Description

Stand der TechnikState of the art

Diese Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen eines Selbstentladungsstroms einer oder mehrerer in Reihe geschalteter Batteriezellen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Selbstentladestroms.This invention relates to a measuring device for measuring a self-discharge current of one or more series-connected battery cells. Furthermore, the invention relates to a method for measuring a self-discharge current.

Batteriezellen unterliegen einer gewissen Selbstentladung, was sich im Auftreten eines Selbstentladungsstromes innerhalb der Batteriezelle äußert. Ein Selbstentladungsstrom fließt unmittelbar über den Elektrolyten und/oder durch eine Trennschicht zwischen einer Anode und einer Kathode der Batterie. Durch Fehler in der Zelle und Prozesse, die durch Alterung hervorgerufen werden, erhöht sich dieser Selbstentladungsstrom. Daher ist es wünschenswert, den Selbstentladungsstrom zu messen. Beispielsweise können Alterung, Dendriten, Verunreinigungen, Produktionsfehler oder mechanische Einwirkungen von außen den Selbstentladungsstrom beeinflussen, insbesondere vergrößern. Von einer Batterie geht aufgrund der in ihr gespeicherten Energie grundsätzlich eine Gefährdung aus. Die vorstehend genannten Zustände von Zellen, die zu erhöhtem Selbstentladungsstrom führen, können unter Umständen zu Überhitzung und Selbstzerstörung einer Batterie führen, insbesondere wenn der Selbstentladungsstrom stark ansteigt. Dies kann schwerwiegende Konsequenzen haben. Durch die Messung des Selbstentladungsstroms kann ein kritischer Selbstentladungsstrom rechtzeitig erkannt werden und die Batterie in einen sicheren Zustand gebracht werden, beispielsweise kann erneutes Laden unterbunden werden oder Restenergie aus der Batterie entladen werden. Eine direkte Messung des Selbstentladungsstroms wäre mit einem Eingriff in die Zelle selbst verbunden, was zusätzliche Anschlüsse an der Zelle und einen Sensor zur direkten Messung des Selbstentladungsstroms erfordern würde.Battery cells are subject to a certain self-discharge, which manifests itself in the occurrence of a self-discharge current within the battery cell. A self-discharge current flows directly across the electrolyte and / or through a separation layer between an anode and a cathode of the battery. Cell delays and processes caused by aging increase this self-discharge current. Therefore, it is desirable to measure the self-discharge current. For example, aging, dendrites, contamination, production errors or external mechanical effects can influence the self-discharge current, in particular increase it. From a battery is due to the stored energy in principle a hazard. The above states of cells resulting in increased self-discharge current may possibly lead to overheating and self-destruction of a battery, especially if the self-discharge current rises sharply. This can have serious consequences. By measuring the self-discharge current, a critical self-discharge current can be detected in good time and the battery can be brought to a safe state, for example recharging can be prevented or residual energy can be discharged from the battery. A direct measurement of the self-discharge current would be associated with an intrusion into the cell itself, which would require additional connections to the cell and a sensor for direct measurement of the self-discharge current.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird eine Messeinrichtung vorgeschlagen, mit der der Selbstentladungsstrom von einer oder mehreren zusammengeschalteten Batteriezellen gemessen werden kann. Die Batteriezellen selbst sind kein Teil der Messeinrichtung, sondern Gegenstand der Selbstentladungsstrommessung. In dieser Anmeldung wird im Folgenden aus Gründen der knappen Darstellung der Erfindung von einer Batteriezelle gesprochen, jedoch ist immer auch die Anwendung der Leckstrommessung auf mehrere Batteriezellen gemeint und von der Erfindung umfasst. Ebenso ist die Erfindung sowohl auf Primär- als auch auf Sekundärelemente anwendbar, auch wenn im Folgenden vereinfachend nur von einer Batteriezelle gesprochen wird. Die Messeinrichtung umfasst eine elektrische Stromquelle, von der ein Ladestrom über eine elektrische Verbindung zu der Batteriezelle fließen kann. Die Stromquelle und die Batteriezelle sind dazu parallel geschaltet, wobei jeweils die Pluspole und die Minuspole der Stromquelle und der Batteriezelle zusammengeschaltet oder zusammenschaltbar sind. In einer entsprechenden elektrischen Verbindung zwischen der Stromquelle und der Batteriezelle ist eine Strommesseinrichtung angeordnet, mit der der Ladestrom messbar ist. Mit der Stärke des gemessenen Ladestroms hängt die Stromstärke des Selbstentladungsstroms zusammen, sodass der Ladestrom eine Information über den Batteriezustand darstellt. Der Selbstentladungsstrom kann aus dem Ladestrom berechnet werden. Die Stromquelle kann beispielsweise ein Kondensator sein oder eine Zusatzbatteriezelle oder Zusatzbatterie oder ein DC-DC-Wandler. Durch eine solche zusätzliche Energiequelle steht ein gleich hohes oder höheres Potenzial zur Verfügung, als an den Anschlüssen der Batteriezelle, deren Selbstentladungsstrom gemessen werden soll.It is proposed a measuring device with which the self-discharge current can be measured by one or more interconnected battery cells. The battery cells themselves are not part of the measuring device, but the subject of the self-discharge current measurement. In this application, in the following for reasons of concise presentation of the invention of a battery cell is spoken, but always the application of the leakage current measurement to a plurality of battery cells is meant and encompassed by the invention. Likewise, the invention is applicable to both primary and secondary elements, even if in the following, for simplicity, only one battery cell is used. The measuring device comprises an electric current source, from which a charging current can flow via an electrical connection to the battery cell. The power source and the battery cell are connected in parallel, wherein each of the plus poles and the negative terminals of the power source and the battery cell are interconnected or interconnectable. In a corresponding electrical connection between the power source and the battery cell, a current measuring device is arranged, with which the charging current can be measured. With the strength of the measured charging current, the current of the self-discharge current is related, so that the charging current is information about the battery condition. The self-discharge current can be calculated from the charging current. The power source may be, for example, a capacitor or an auxiliary battery cell or auxiliary battery or a DC-DC converter. Such an additional energy source provides an equally high or higher potential than at the terminals of the battery cell whose self-discharge current is to be measured.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

In einer Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Spannungsänderungsmesseinrichtung auf, mit der Spannungsänderungen an der Batteriezelle gemessen werden können. Im Folgenden werden mögliche Realisierungen der Spannungsänderungsmesseinrichtung in Form von Hardwareschaltungen diskutiert. Alternativ dazu kann die Messeinrichtung zum Messen eines Selbstentladungsstroms auch teilweise oder vollständig digital ausgeführt werden, wobei beispielsweise einer Digitalisierung relevanter Messdaten eine Software-Weiterverarbeitung nachgeschaltet ist. Beispielsweise kann die Spannungsänderungsmesseinrichtung ein Differenzierer sein, insbesondere ein Differenzierer, der einen Operationsverstärker umfasst. In einer alternativen Ausführung kann der Spannungsgradient gemessen werden, indem die Spannung beispielsweise mit einem Analog-Digital-Wandler gemessen wird und aus nacheinander gemessenen Spannungsdaten deren Änderung bestimmt wird. Ebenso kann beispielsweise die nachfolgend beschriebene Regeleinrichtung in analoger Form oder teilweise oder vollständig digital realisiert werden.In one embodiment, the measuring device has a voltage change measuring device with which voltage changes on the battery cell can be measured. In the following, possible implementations of the voltage change measuring device in the form of hardware circuits will be discussed. Alternatively, the measuring device for measuring a self-discharge current can also be partially or completely digitally executed, wherein, for example, subsequent digitalization of relevant measurement data is followed by software further processing. For example, the voltage change measuring device may be a differentiator, in particular a differentiator comprising an operational amplifier. In an alternative embodiment, the voltage gradient can be measured by measuring the voltage with an analog-to-digital converter, for example, and determining its change from successively measured voltage data. Likewise, for example, the control device described below in analog form or partially or completely digitally realized.

Die Messeinrichtung weist weiter eine Regeleinrichtung auf, mit der die Spannung der Batteriezelle auf einen konstanten Wert geregelt werden kann. Wenn die Spannung der Batteriezelle konstant gehalten wird, während ein Selbstentladungsstrom in der Batteriezelle fließt, ist der Ladestrom so groß, dass er die Ladung der Batteriezelle ausgleicht, die ihr durch den Selbstentladungsstrom entzogen wird. Dann hat der Ladestrom wenigstens über einen Zeitraum gemittelt oder zu einem Zeitpunkt wenigstens näherungsweise dieselbe Stromstärke wie der Selbstentladungsstrom. Um dies zu erreichen, wird der Ladestrom in der Verbindung zwischen der Stromquelle und der Batteriezelle in Abhängigkeit der gemessenen Spannungsänderung eingestellt. Als Stellglied kann beispielsweise ein einstellbarer Widerstand in der Verbindung zwischen der Stromquelle und der Batteriezelle angeordnet sein. Findet beispielsweise in einem stationären Zustand durch den Ladestrom, der den Selbstentladungsstrom ausgleicht, keine Änderung der Spannung an der Batteriezelle statt, kann ein Widerstandswert des Einstellwiderstands so eingestellt werden, dass der Ladestrom dem Selbstentladungsstrom entspricht. Die Spannung der Stromquelle ist dabei höher oder gleich hoch wie die Spannung der Batteriezelle. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Stromquelle mit einem Aufwärts-Spannungswandler versehen ist, mittels dem sie auf eine höhere Spannung aufladbar ist oder mittels dem sie eine höhere Ausgangsspannung bereitstellen kann, oder indem die Ausgleichsspannungsquelle eine oder mehrere andere weitere Batteriezelle(n) umfasst, die mit der Batteriezelle, deren Selbstentladungsstrom gemessen werden soll, in Reihe geschaltet sind, oder dergleichen.The measuring device further has a control device with which the voltage of the battery cell can be regulated to a constant value. When the voltage of the battery cell is kept constant while a self-discharge current is flowing in the battery cell, the charging current is large enough to balance the charge of the battery cell extracted by the self-discharge current. Then, the charging current has averaged at least over a period of time or at least approximately the same current intensity as the one at a time Self-discharge current. In order to achieve this, the charging current in the connection between the current source and the battery cell is set as a function of the measured voltage change. As an actuator, for example, an adjustable resistor can be arranged in the connection between the power source and the battery cell. For example, in a steady state, when the charging current that balances the self-discharge current does not change the voltage across the battery cell, a resistance value of the variable resistor may be set so that the charging current corresponds to the self-discharge current. The voltage of the power source is higher or equal to the voltage of the battery cell. This can be achieved, for example, by providing the current source with an up-voltage converter, by means of which it can be charged to a higher voltage or by means of which it can provide a higher output voltage, or by the compensation voltage source comprising one or more other further battery cell (s) to be serially connected to the battery cell whose self-discharge current is to be measured, or the like.

In einer beispielhaften Ausführungsform der Messeinrichtung wird die Stromquelle wiederholt aufgeladen. Dies findet vorzugweise aus der Batteriezelle statt. Die Selbstentladungsstrommessung findet statt, wenn das Aufladen der Stromquelle nicht stattfindet. Vorzugsweise wird die Selbstentladungsstrommessung wiederholt mit dazwischenliegenden Zeitintervallen durchgeführt. Das Aufladen wird beispielsweise dadurch aktiviert, dass eine Schalteinrichtung geschlossen wird, mit der die Stromquelle über eine Aufladeverbindung mit der Batteriezelle verbunden wird. Eine solche Schalteinrichtung kann beispielsweise ein Feldeffekttransistor sein. Die Aufladeverbindung ist vorzugsweise parallel zu der elektrischen Verbindung, über die der Ladestrom fließt, geschaltet.In an exemplary embodiment of the measuring device, the current source is charged repeatedly. This preferably takes place from the battery cell. The self-discharge current measurement takes place when the charging of the power source does not take place. Preferably, the self-discharge current measurement is repeatedly performed at intermediate time intervals. The charging is activated, for example, by closing a switching device with which the power source is connected to the battery cell via a charging connection. Such a switching device may for example be a field effect transistor. The charging connection is preferably connected in parallel with the electrical connection through which the charging current flows.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Stromquelle wiederaufladbar und hat eine geringere Kapazität als die Batteriezelle. Dies ist vorteilhaft, um die Stromquelle aus der Batteriezelle aufladen zu können, ohne Letztere unmäßig zu entladen.In an exemplary embodiment, the power source is rechargeable and has a smaller capacity than the battery cell. This is advantageous for being able to charge the power source from the battery cell without unduly discharging the latter.

In einer beispielhaften Ausführungsform der Messeinrichtung wird der Ladestrom erfasst, indem die Spannung über einen Shunt-Widerstand gemessen wird, der in der elektrischen Verbindung zwischen der Stromquelle und der Batteriezelle angeordnet ist. Der Shunt-Widerstand und die zugehörige Spannungsmesseinrichtung stellen die Strommesseinrichtung für den Ladestrom dar. Es können auch alternative Strommesseinrichtungen eingesetzt werden. In an exemplary embodiment of the measuring device, the charging current is detected by measuring the voltage via a shunt resistor, which is arranged in the electrical connection between the current source and the battery cell. The shunt resistor and the associated voltage measuring device represent the current measuring device for the charging current. Alternative current measuring devices can also be used.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung eines Selbstentladungsstroms vorgeschlagen, das eine Messeinrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Bei dem Verfahren wird der Selbstentladungsstrom und/oder ein Zustand der Batteriezelle aus dem Ladestrom abgeleitet. Dazu kann eine Weiterverarbeitung des Messergebnisses des Ladestroms, etwa durch Berechnungen, durchgeführt werden, beispielsweise auf einem Mikrocontroller oder dergleichen.In a further aspect of the present invention, a method of measuring a self-discharge current is proposed using a measuring device according to one of the embodiments described above. In the method, the self-discharge current and / or a state of the battery cell is derived from the charging current. For this purpose, a further processing of the measurement result of the charging current, for example by calculations, be carried out, for example on a microcontroller or the like.

In einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Ladestrom aus einer Stromquelle in die Batteriezelle geleitet, der die durch den Selbstentladungsstrom der Batteriezelle entzogene Ladung ersetzt. Dadurch ändert sich die Spannung an der Batteriezelle nicht und der Ladestrom entspricht dem Selbstentladungsstrom. Der Ladestrom kann zur Beurteilung des Zustands der Batteriezelle herangezogen werden. Die Spannung der Stromquelle, denkbarerweise einschließlich eines DC/DC-Spannungswandlers, ist dazu höher als das Potenzial der Batteriezelle.In an exemplary embodiment of the method, a charging current is conducted from a current source into the battery cell, which replaces the charge withdrawn by the self-discharge current of the battery cell. As a result, the voltage at the battery cell does not change and the charging current corresponds to the self-discharge current. The charging current can be used to assess the condition of the battery cell. The voltage of the power source, conceivably including a DC / DC voltage converter, is higher than the potential of the battery cell.

In einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Selbstentladungsstrommessung während eines Aufladens der Stromquelle durchgeführt, nicht zeitlich versetzt dazu. Dabei wird bei der Ermittlung des Selbstentladestroms vorzugsweise kompensiert, dass die Messeinrichtung selbst Strom aus der Batteriezelle verbraucht. In an exemplary embodiment of the method, the self-discharge current measurement is performed during a charging of the current source, not offset in time. In this case, when determining the self-discharge current, it is preferably compensated that the measuring device itself consumes power from the battery cell.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Selbstentladungsstrom in der oder den Batteriezelle(n) mit einem Ladestrom ausgeglichen wird, sodass die Spannung in der oder den Batteriezelle(n) im Wesentlichen konstant bleibt.In an exemplary embodiment, a method is proposed in which the self-discharge current in the battery cell (s) is balanced with a charging current, so that the voltage in the battery cell (s) remains substantially constant.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 ein schematischer Schaltplan einer ersten Ausführungsform der Messeinrichtung, 1 a schematic circuit diagram of a first embodiment of the measuring device,

2 ein schematischer Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der Messeinrichtung, 2 a schematic circuit diagram of a second embodiment of the measuring device,

3 ein schematischer Schaltplan einer dritten Ausführungsform der Messeinrichtung, 3 a schematic circuit diagram of a third embodiment of the measuring device,

4 ein schematischer Schaltplan einer vierten Ausführungsform der Messeinrichtung, und 4 a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of the measuring device, and

5 ein schematischer Schaltplan einer fünften Ausführungsform der Messeinrichtung. 5 a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of the measuring device.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist eine erste Ausführungsform der Messeinrichtung 1 dargestellt. Diese Ausführungsform weist eine Batteriezelle 10, eine Verbindungsleitung 11, einen in der Verbindungsleitung 11 angeordneten Shunt-Widerstand 21 mit einer daran angeschlossenen Spannungsmesseinrichtung 23, einen Mikrocontroller 24 und eine Stromquelle 22 auf, die über das Massepotential 20 und die Verbindungsleitung 11 zu der Batteriezelle 10 parallelgeschaltet ist. Dazu ist ein Anschluss der Batteriezelle 10 ist mit Massepotential 20 verbunden. Der andere Anschluss der Batteriezelle 10 ist über einen Shunt-Widerstand 21 mit einem ersten Anschluss der Stromquelle 22 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Stromquelle 22 ist mit Massepotenzial 20 verbunden, so dass eine Parallelschaltung der Batteriezelle 10 mit der Stromquelle 22 vorliegt. Um eine Spannung über dem Shunt-Widerstand 21 messen zu können, sind dessen beide Anschlüsse jeweils über Verbindungsleitungen 25 und 26 mit einer Spannungsmesseinrichtung 23 verbunden, die eine Differenzspannung zwischen den Verbindungsleitungen 25 und 26 messen kann. Vor einer Selbstentladungsstrommessung wird die Stromquelle 22 aufgeladen. Die erste Ausführungsform weist eine Aufladeverbindungsleitung 43, 44 auf, die von der Batteriezelle 10 über einen DC/DC-Wandler 42 und von dort über den Abschnitt 44 der Aufladeverbindungsleitung 43, 44 zu der Stromquelle 22 verläuft. In die Aufladeverbindungsleitung 43 ist eine Unterbrechungseinrichtung 41 geschaltet, mit der der Fluss von Ladestrom L von der Batteriezelle 10 zu dem DC/DC-Wandler 42 unterbrochen werden kann. Die Unterbrechungseinrichtung 41 ist über eine Steuerleitung 45 mit dem Mikrocontroller 24 verbunden. Wenn die Unterbrechungseinrichtung 41 geschlossen ist, kann Ladestrom L von der Batteriezelle 10 in den DC/DC-Wandler 42 fließen, der in den Abschnitt 44 der Aufladeverbindungsleitung 43, 44 eine gegenüber der Spannung der Batteriezelle 10 erhöhte Spannung an die Stromquelle 22 ausgibt. Die Stromquelle 22 wird damit auf ein höheres Spannungsniveau geladen, als die Batteriezelle 10 aufweist. An den Anschluss der Stromquelle 22, an den auch der Abschnitt 44 der Aufladeverbindungsleitung 43, 44 angeschlossen ist, ist auch die Verbindungsleitung 11 von der Stromquelle 22 zu der Batteriezelle 10 angeschlossen. Durch die erhöhte Spannung auf der Stromquelle 22 fließt ein Ladestrom A über die Verbindungsleitung 11 von der Stromquelle 22 zu der Batteriezelle 10. Dabei fließt der Ladestrom A durch den Shunt-Widerstand 22, was eine Differenzspannung zwischen den Verbindungsleitungen 25 und 26 zu der Spannungsmesseinrichtung 23 bewirkt. Die Differenzspannung wird von der Spannungsmesseinrichtung 23 gemessen und über die Signalleitung 27 an den Mikrocontroller 24 weitergegeben. Die Stromstärke des Ladestroms A kann durch einen einstellbaren Widerstand 53 beeinflusst werden. Dieser kann über eine Steuerleitung 54 elektrisch eingestellt werden. Die Messeinrichtung 1 weist weiter ein Differenzierglied 51 auf, welches über eine Anschlussleitung 56 mit dem nicht mit dem Massepotenzial 20 verbundenen Anschluss der Batteriezelle 10 verbunden ist. Somit werden Änderungen des Potenzials an diesem Anschluss der Batteriezelle 10 von dem Differenzierglied 51 differenziert und die dem Gradienten entsprechende Spannung auf eine Signalleitung 55 ausgegeben. Diese Signalleitung 55 ist mit einem Verstärker 52 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 52 ist über die Steuerleitung 54 an den Steuereingang des einstellbaren Widerstands 53 angeschlossen. Dieser kann vorzugsweise ein Transistor sein, besonders bevorzugt ein Feldeffekttransistor. Das Differenzierglied 51 und der Verstärker 52 sind vorzugsweise so ausgelegt und geschaltet, dass die Spannung der Batteriezelle 10 konstant gehalten wird. Die Spannung der Batteriezelle 10 wird mit einem Regelkreis, der das Differenzierglied 51, den Verstärker 52 und den einstellbaren Widerstand umfasst, konstant gehalten. Wenn eine Abweichung der Spannung an der Batteriezelle 10 auftritt, so ergibt sich daraus eine Spannung auf der Signalleitung 55, die dem Gradienten der Spannung an der Batteriezelle 10 entspricht, welches mit dem Verstärker 52 verstärkt bzw. angepasst wird, um über die Signalleitung 54 den einstellbaren Widerstand 53 so einzustellen, dass der Ladestrom A die Änderung der Spannung auf der Batteriezelle 10 ausgleicht. Fällt also die Spannung an der Batteriezelle 10 ab, so wird der Widerstand des einstellbaren Widerstands 53 verringert, um einen größeren Ladestrom A zu bewirken, so dass dem Spannungsabfall an der Batteriezelle 10 entgegengewirkt wird. Der Regelkreis kann entsprechend den Ladestrom A verringern, wenn die Spannung an der Batteriezelle 10, etwa durch einen zu großen Ladestrom A, ansteigt. In diesem Fall wird der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands 53 erhöht. Die beiden vorstehend diskutierten Mechanismen sind Teil einer Regelung, mit der die Spannung auf der Batteriezelle 10 konstant gehalten wird. Wenn die Spannung an der Batteriezelle 10 bis auf Regelabweichungen konstant ist, entspricht der Ladestrom A wenigstens näherungsweise dem Selbstentladungsstrom in der Batteriezelle 10. Somit kann der Selbstentladungsstrom 10 über den Shunt-Widerstand 22 indirekt gemessen werden. Das Messergebnis wird über die Spannungsmesseinrichtung 23 dem Mikrocontroller 24 zugeführt, der es an einen Benutzer oder weitere Komponenten oder Steuereinrichtungen weitergeben kann. Insbesondere kann aus dem Selbstentladungsstrom und/oder dem Ladestrom A auf einen Zustand der Batteriezelle 10 geschlossen werden. Die Verbindungsleitung zwischen einem Eingang des Spannungsverstärkers 52 und dem Massepotenzial 20 ist nur schematisch zu verstehen und kann ebenso wie die Signalleitung 55 Beschaltungselemente des Spannungsverstärkers 52 umfassen. Die Spannungsversorgung des Mikrocontrollers 24 erfolgt beispielsweise über eine Stromversorgungsleitung 33 aus dem Potenzial, das auf der Verbindungsleitung 11 vor dem Shunt-Widerstand 21 anliegt, somit aus dem Potenzial der Stromquelle 22.In the 1 is a first embodiment of the measuring device 1 shown. This embodiment has a battery cell 10 , a connection line 11 , one in the connection line 11 arranged shunt resistor 21 with a connected voltage measuring device 23 , a microcontroller 24 and a power source 22 on that over the ground potential 20 and the connection line 11 to the battery cell 10 is connected in parallel. This is a connection of the battery cell 10 is at ground potential 20 connected. The other connection of the battery cell 10 is over a shunt resistor 21 with a first connection of the power source 22 connected. A second connection of the power source 22 is at ground potential 20 connected, so that a parallel connection of the battery cell 10 with the power source 22 is present. To apply a voltage across the shunt resistor 21 to be able to measure their two connections are each via connecting lines 25 and 26 with a voltage measuring device 23 connected, which is a differential voltage between the connecting lines 25 and 26 can measure. Before a self-discharge current measurement becomes the power source 22 charged. The first embodiment has a charging connection line 43 . 44 on top of that from the battery cell 10 via a DC / DC converter 42 and from there on the section 44 the charging connection line 43 . 44 to the power source 22 runs. In the charging connection line 43 is a breaker 41 switched, with which the flow of charging current L from the battery cell 10 to the DC / DC converter 42 can be interrupted. The interruption device 41 is via a control line 45 with the microcontroller 24 connected. If the interruption device 41 is closed, charging current L can from the battery cell 10 in the DC / DC converter 42 flow into the section 44 the charging connection line 43 . 44 one against the voltage of the battery cell 10 increased voltage to the power source 22 outputs. The power source 22 is thus charged to a higher voltage level than the battery cell 10 having. To the connection of the power source 22 to which also the section 44 the charging connection line 43 . 44 is connected, is also the connection line 11 from the power source 22 to the battery cell 10 connected. Due to the increased voltage on the power source 22 a charging current A flows through the connecting line 11 from the power source 22 to the battery cell 10 , The charging current A flows through the shunt resistor 22 what a differential voltage between the connecting lines 25 and 26 to the tension measuring device 23 causes. The differential voltage is from the voltage measuring device 23 measured and over the signal line 27 to the microcontroller 24 passed. The current intensity of the charging current A can be controlled by an adjustable resistor 53 to be influenced. This can be over a control line 54 be set electrically. The measuring device 1 further has a differentiator 51 on, which via a connecting line 56 with that not with the ground potential 20 connected connection of the battery cell 10 connected is. Thus, changes in the potential at this terminal of the battery cell 10 from the differentiator 51 differentiated and the voltage corresponding to the gradient on a signal line 55 output. This signal line 55 is with an amplifier 52 connected. The output of the amplifier 52 is via the control line 54 to the control input of the adjustable resistor 53 connected. This may preferably be a transistor, particularly preferably a field effect transistor. The differentiator 51 and the amplifier 52 are preferably designed and connected such that the voltage of the battery cell 10 is kept constant. The voltage of the battery cell 10 comes with a control loop, which is the differentiator 51 , the amplifier 52 and the adjustable resistor, kept constant. If a deviation of the voltage at the battery cell 10 occurs, this results in a voltage on the signal line 55 that is the gradient of the voltage across the battery cell 10 which corresponds to the amplifier 52 is amplified or adjusted to over the signal line 54 the adjustable resistance 53 to adjust so that the charging current A, the change of voltage on the battery cell 10 balances. So falls the voltage on the battery cell 10 off, so will the resistance of the adjustable resistor 53 reduced to cause a larger charging current A, so that the voltage drop across the battery cell 10 counteracted. The control loop can correspondingly reduce the charging current A when the voltage at the battery cell 10 , for example due to an excessive charging current A, increases. In this case, the resistance of the adjustable resistor 53 elevated. The two mechanisms discussed above are part of a scheme that controls the voltage on the battery cell 10 is kept constant. When the voltage on the battery cell 10 is constant to control deviations, the charging current A at least approximately corresponds to the self-discharge current in the battery cell 10 , Thus, the self-discharge current 10 about the shunt resistor 22 be measured indirectly. The measurement result is via the voltage measuring device 23 the microcontroller 24 supplied, which can pass it to a user or other components or control devices. In particular, from the self-discharge current and / or the charging current A to a state of the battery cell 10 getting closed. The connection line between an input of the voltage amplifier 52 and the ground potential 20 is only to be understood schematically and can as well as the signal line 55 Circuit elements of the voltage amplifier 52 include. The power supply of the microcontroller 24 takes place for example via a power supply line 33 from the potential that is on the interconnector 11 before the shunt resistor 21 applied, thus from the potential of the power source 22 ,

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Messeinrichtung, die zu großen Teilen der ersten Ausführungsform gleicht. Gleiche Elemente und Einheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen. Im Unterschied zu der dritten Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform keinen DC/DC-Wandler 42 zwischen den zwei Abschnitten 43 und 44 der Aufladeverbindungsleitung 43, 44 auf. Somit wird die Stromquelle 22 bei geschlossener Unterbrechungseinrichtung 41 ohne eine Spannungsanpassung durch einen solchen DC/DC-Wandler an die Spannung auf der Batteriezelle 10 angeglichen. Für die Selbstentladungsstrommessung ist jedoch eine höhere Spannung als die auf der Batteriezelle 10 erforderlich, um den Ladestrom A durch den Shunt-Widerstand 22 zu treiben und damit die Batteriezelle 10 aufzuladen. Zu diesem Zweck ist zwischen die Stromquelle 22 und die Verbindungsleitung 11 ein DC/DC-Wandler 46 geschaltet, der die Spannung auf der Stromquelle 22 anhebt. Auf diese Weise kann der Rest der Messeinrichtung 1 ebenso wie in der Ausführungsform 3 betrieben werden. Allerdings bietet der DC/DC-Wandler 46 den Vorteil, dass er eine konstante Spannung ausgeben kann, die von der Spannung der Stromquelle 22 unabhängig ist, die beim Entladen möglicherweise abfällt. 2 shows a second embodiment of the measuring device, which is similar in large parts to the first embodiment. Like elements and units are designated by like reference numerals and will not be described separately again. Reference is made to the comments on the first embodiment. In contrast to the third embodiment, the second embodiment does not have a DC / DC converter 42 between the two sections 43 and 44 the charging connection line 43 . 44 on. Thus, the power source becomes 22 when the interruption device is closed 41 without a voltage adjustment by such a DC / DC converter to the voltage on the battery cell 10 equalized. For the self-discharge current measurement, however, a higher voltage than that on the battery cell 10 required to change the charging current A through the shunt resistor 22 to drive and thus the battery cell 10 charge. For this purpose is between the power source 22 and the connection line 11 a DC / DC converter 46 Switched the voltage on the power source 22 raising. In this way, the rest of the measuring device 1 as well as in the embodiment 3 are operated. However, the DC / DC converter offers 46 the advantage that it can output a constant voltage that depends on the voltage of the power source 22 is independent, which may drop during unloading.

In 3 ist ein schematischer Schaltplan einer dritten Ausführungsform der Messeinrichtung gezeigt. Die dritte Ausführungsform entspricht zu großen Teilen der ersten Ausführungsform. Gleiche Merkmale und Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die Ausführungen zu 1 verwiesen. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform wird in der dritten Ausführungsform der Selbstentladungsstrom nicht nur von einer Batteriezelle 10, sondern von mehreren, in Reihe geschalteten Batteriezellen 10 bis 15 gemessen. Die Spannung auf der Anschlussleitung 56 zu dem Differenzierglied 51 und auf der Aufladeverbindungsleitung 43 ist höher als in der ersten Ausführungsform. Der DC/DC-Wandler 42 passt diese Spannung an die Spannung an, die für das Treiben des Ladestroms A aus der Stromquelle 22 heraus geeignet ist. Die restlichen Elemente, Einheiten und Merkmale der dritten Ausführungsform entsprechen denen der ersten Ausführungsform, ebenso wie, bis auf den beschriebenen Unterschied, die Funktionsweise.In 3 a schematic circuit diagram of a third embodiment of the measuring device is shown. The third embodiment largely corresponds to the first embodiment. Like features and elements are designated by like reference numerals and will not be described again separately. It is to the comments too 1 directed. In contrast to the first embodiment, in the third embodiment, the self-discharge current does not only come from a battery cell 10 but of several battery cells connected in series 10 to 15 measured. The voltage on the connecting cable 56 to the differentiator 51 and on the charging connection line 43 is higher than in the first embodiment. The DC / DC converter 42 adjusts this voltage to the voltage required to drive the charging current A from the power source 22 out is suitable. The remaining elements, units and features of the third embodiment are similar to those of the first embodiment, as well as, except for the difference described, the operation.

4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Messeinrichtung in einem schematischen Schaltplan. Die vierte Ausführungsform ist mit der zweiten Ausführungsform größtenteils identisch. Gleiche Merkmale und Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die Ausführungen zu 2 verwiesen. Der Unterschied zwischen der vierten und der zweiten Ausführungsform liegt darin, dass in der vierten Ausführungsform nicht der Selbstentladungsstrom einer einzelnen Batteriezelle 10, sondern einer Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen 10 bis 15 gemessen wird. Dementsprechend liegt auf der Aufladeverbindungsleitung 43 ein höheres Spannungsniveau an als in der zweiten Ausführungsform. Daher wird die Stromquelle 22 ebenfalls auf dieses höhere Spannungsniveau aufgeladen, wenn die Unterbrechungseinrichtung 41 geschlossen wird. Der DC/DC-Wandler 46 passt die Spannung der Stromquelle 22 an die Spannung an, die zum Treiben des Ladestroms A durch die Versorgungsleitung 11 in die Batteriezellen 10 bis 15 geeignet ist. Typischerweise setzt der DC/DC-Wandler 46 die Spannung der Stromquelle 22 herauf. Die übrigen Merkmale und Funktionen der vierten Ausführungsform entsprechen denen der zweiten Ausführungsform. 4 shows a fourth embodiment of the measuring device in a schematic circuit diagram. The fourth embodiment is largely identical to the second embodiment. Like features and elements are designated by like reference numerals and will not be described again separately. It is to the comments too 2 directed. The difference between the fourth and second embodiments is that in the fourth embodiment, the self-discharge current of a single battery cell is not 10 but a number of battery cells connected in series 10 to 15 is measured. Accordingly, lies on the charging connection line 43 a higher voltage level than in the second embodiment. Therefore, the power source becomes 22 also charged to this higher voltage level when the interruption device 41 is closed. The DC / DC converter 46 adjusts the voltage of the power source 22 to the voltage required to drive the charging current A through the supply line 11 in the battery cells 10 to 15 suitable is. Typically, the DC / DC converter sets 46 the voltage of the power source 22 up. The other features and functions of the fourth embodiment are the same as those of the second embodiment.

In der 5 ist ein schematischer Schaltplan einer fünften Ausführungsform der Messeinrichtung 1 gezeigt. Die fünfte Ausführungsform entspricht einer Kombination der dritten und der vierten Ausführungsform, mit denen die fünfte Ausführungsform zu großen Teilen identisch ist. Gleiche Merkmale und Einheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die Ausführungen zu den 3 und 4 verwiesen. Im Unterschied zu der dritten Ausführungsform umfasst die fünfte Ausführungsform den DC/DC-Wandler 46 aus der vierten Ausführungsform zusätzlich. Auf diese Weise wird die Spannung auf der Stromquelle 22 unabhängig sowohl von der Spannung der Batteriezellen 10 bis 15 als auch unabhängig von der Spannung, die zum Treiben des Ladestroms A über die Verbindungsleitung 11 in die Batteriezellen 10 bis 15 geeignet ist. Die Spannung der Stromquelle 22 wird jeweils durch die DC/DC-Wandler 42 bzw. 46 angepasst. Auf diese Weise kann die Stromquelle 22 beispielsweise eine Niedervoltbatterie eines Fahrzeugs sein, während die Batteriezellen 10 bis 15 zu einer Fahrbatterie eines Fahrzeugs gehören können, die mit höheren Spannungen arbeiten. Alternativ kann ein anderer Energiespeicher wie ein Superkondensator oder dergleichen verwendet werden.In the 5 is a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of the measuring device 1 shown. The fifth embodiment corresponds to a combination of the third and fourth embodiments, to which the fifth embodiment is largely identical. Like features and units are designated by like reference numerals and will not be described again separately. It is on the remarks to the 3 and 4 directed. Unlike the third embodiment, the fifth embodiment includes the DC / DC converter 46 from the fourth embodiment in addition. In this way, the voltage on the power source 22 independent of both the voltage of the battery cells 10 to 15 as well as regardless of the voltage required to drive the charging current A across the connecting line 11 in the battery cells 10 to 15 suitable is. The voltage of the power source 22 is each by the DC / DC converter 42 respectively. 46 customized. In this way, the power source 22 For example, be a low-voltage battery of a vehicle while the battery cells 10 to 15 may belong to a driving battery of a vehicle that operate at higher voltages. Alternatively, another energy storage such as a supercapacitor or the like may be used.

Claims

Messeinrichtung (1) zum Messen eines Selbstentladungsstroms einer oder mehrerer zusammengeschalteter Batteriezellen (10–15) umfassend eine Stromquelle (22), – die zur Lieferung von Ladestrom (A) an die Batteriezelle(n) (10–15) über eine elektrische Verbindung (11) mit der oder den Batteriezelle(n) (10–15) parallelgeschaltet ist, – wobei in der Verbindung (11) eine Strommesseinrichtung (21, 23, 25, 26) angeordnet ist, mit der der Ladestrom (A) messbar ist, sodass aus dem gemessenen Ladestrom (A) der Selbstentladungsstrom ableitbar ist.Measuring device ( 1 ) for measuring a self-discharge current of one or more interconnected battery cells ( 10 - 15 ) comprising a power source ( 22 ), - for supplying charging current (A) to the battery cell (s) ( 10 - 15 ) via an electrical connection ( 11 ) with the battery cell (s) ( 10 - 15 ) is connected in parallel, - wherein in the compound ( 11 ) a current measuring device ( 21 . 23 . 25 . 26 ) is arranged, with which the charging current (A) is measurable, so that from the measured charging current (A) of the self-discharge current is derivable.

Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Messeinrichtung (1), die eine Spannungsänderungsmesseinrichtung (51, 52), mittels der ein Spannungsgradient der Batteriezelle(n) (10–15) erfassbar ist, und eine Regeleinrichtung (51, 52, 53) für die Spannung von einer oder mehreren Batteriezelle(n) (10–15) aufweist, wobei die Regeleinrichtung (51, 52, 53) als Stellglied ein Mittel (53) in der Verbindung (11) aufweist, das in Abhängigkeit eines gemessenen Spannungsgradienten derart einstellbar ist, dass die Spannung der Batteriezelle(n) (10–15) wenigstens näherungsweise auf einen konstanten Wert regelbar ist, sodass der Ladestrom (A) wenigstens näherungsweise die gleiche Stromstärke wie der Selbstentladungsstrom aufweist.Measuring device ( 1 ) according to claim 1, wherein the measuring device ( 1 ) comprising a voltage change measuring device ( 51 . 52 ), by means of which a voltage gradient of the battery cell (s) ( 10 - 15 ), and a control device ( 51 . 52 . 53 ) for the voltage of one or more battery cell (s) ( 10 - 15 ), the control device ( 51 . 52 . 53 ) as an actuator means ( 53 ) in the compound ( 11 ), which is adjustable in dependence of a measured voltage gradient such that the voltage of the battery cell (s) ( 10 - 15 ) is at least approximately adjustable to a constant value, so that the charging current (A) has at least approximately the same current intensity as the self-discharge current.

Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Aufladen einer Stromquelle (22) und die Ladestrommessung zeitlich zueinander versetzt durchführbar sind. Measuring device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein a charging of a power source ( 22 ) and the charging current measurement offset in time with each other are feasible.

Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Stromquelle (22) weniger Kapazität als die Batteriezelle(n) (10–15) aufweist und die Stromquelle (22) aus den Batteriezelle(n) (10–15) aufladbar ist. Measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the power source ( 22 ) less capacity than the battery cell (s) ( 10 - 15 ) and the power source ( 22 ) from the battery cell (s) ( 10 - 15 ) is rechargeable.

Verfahren zur Messung eines Selbstentladestroms einer Batteriezelle (10–15) mittels einer Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Ladestrom (A) gemessen und der Selbstentladungsstrom aus dem Ladestrom (A) abgeleitet wird. Method for measuring a self-discharge current of a battery cell ( 10 - 15 ) by means of a measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a charging current (A) is measured and the self-discharge current is derived from the charging current (A).